Главная | Обратная связь

Основные характеристики СГ

Характеристика холостого хода (х.х.х., рисунок 7.16, кривая 1).

При холостом ходе СГ напряжение равно ЭДС , ток нагрузки (обмотка статора разомкнута), а скорость вращения n постоянна и соответствует частоте 50 Гц. Магнитный поток генератора определяется МДС обмотки возбуждения F_в, а ЭДС прямо пропорциональна потоку .

.

Таким образом, х.х.х. представляет собой зависимость ЭДС от тока возбуждения , или зависимость магнитного потока от МДС возбуждения при и Эта характеристика дает представление о состоянии магнитной цепи и ее часто называют магнитной характеристикой.

Рисунок 7.16 - Характеристика холостого хода (1) и нагрузочная характеристика (2) синхронного генератора

Левая восходящая ветвь х.х.х. прямолинейна; в этой части магнитная цепь ненасыщена и МДС обмотки возбуждения практическиполностью расходуется на проведение магнитного потока через воздушный зазор. По мере увеличения МДС возбуждения насыщение магнитных участков становится все более заметным и х.х.х. все более отклоняется от прямой. Обычно рабочая точка на х.х.х. (точка С), соответствующая номинальному напряжению при холостом ходе, выбирается на перегибе кривой, что с одной стороны, обеспечивает устойчивое напряжение в установившемся режиме, с другой - возможность его регулирования при изменении тока возбуждения.

Положение точки В на характеристике позволяет судить о степени насыщения магнитной цепи машины. Если к начальной части х.х.х. провести касательную ОВ, то ее пересечение с линией АС даст величину МДС, необходимой для проведения магнитного потока через воздушный зазор (отрезок ав) и МДС стальных участков (отрезок вС). Коэффициент насыщения определяется из соотношения

Реальная х.х.х. начинается не из начала координат, а с некоторого значения , величина которого, как и в машинах постоянного тока, определяется потоком остаточного намагничивания.

Характеристики холостого хода различных генераторов, построенные в относительных единицах , -ток холостого хода при U = ), незначительно отличаются друг от друга.

Поэтому для упрощения расчетов х.х.х. всех синхронных генераторов, выраженные в относительных единицах, принимают одинаковыми и называют нормальными. Данные для построения «нормальной» (усредненной) х.х.х. приведены в таблице 7.2.

 

Таблица7.2 - «Нормальная» характеристика холостого хода СГ

		0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5
		0,58	1,0	1,21	1,33	1,4	1,46	1,51

По х.х.х. можно определить также взаимную индуктивность между обмотками возбуждения и обмоткой якоря, как отношение ЭДС к току возбуждения .

Внешняя характеристика – это зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки при постоянных значениях тока возбуждения, скорости вращения и cosφ. На рисунке 7.17,а внешние характеристики в относительных единицах показаны при таком токе возбуждения, который при холостом ходе создает ЭДС . Вид внешней характеристики зависит от характера нагрузки.

 

Рисунок 7.17 – Внешние (а) и регулировочные (б) характеристики СГ

При чисто активной нагрузке (φ=0, cosφ=1) и при активно - индуктивной нагрузке (φ>0) напряжение заметно уменьшается от значения , что обусловлено падением напряжения на внутреннем сопротивлении машины и влияния поперечной реакции якоря. При активно - емкостной нагрузке (φ<0) реакция якоря подмагничивающая, поэтому напряжение на выводах генератора с увеличением тока нагрузки растет.

Практический интерес представляет определение номинального изменения напряжения при изменении нагрузки от нуля до номинальной при неизменном токе возбуждения

= 100%.

Как правило, СГ работают при отстающем токе с cosφ=0.8 (φ>0). Обычно равно 20…30%

Регулировочная характеристика – это зависимость тока возбуждения от тока якоря при неизменных напряжении, частоте вращения и cosφ. Эти характеристики показывают, как нужно изменять ток возбуждения при изменении нагрузки, чтобы поддержать неизменным напряжение на выводах генератора. На рисунке 7.17(б) представлены регулировочные характеристики для различных значений cosφ и тока нагрузки. Как видно, они полностью соответствуют внешним характеристикам СГ. Чтобы напряжение оставалось неизменным при активной (cosφ=1) или активно-индуктивной нагрузке (φ>0) ток возбуждения надо увеличивать, при активно-емкостной нагрузке ( φ<0) ток надо уменьшать.

Отметим что при работе СГ на чисто емкостную нагрузку магнитное поле, создаваемое обмоткой возбуждения, усиливается реактивным током, протекающим в якоре. При малых воздушных зазорах в СМ может наступить самовозбуждение, когда при (обмотка возбуждения отключена) на выводах генератора будет напряжение. Это явление называется самовозбуждением генератора.

Нагрузочная характеристика – это зависимость напряжения на выводах генератора от тока возбуждения при постоянных токе якоря , cosφ нагрузки и частоте вращения n (рисунок 7.16, кривая 2). Как правило, нагрузочную характеристику снимают при индуктивной нагрузке, называя ее при этом индукционной нагрузочной характеристикой.

Эта характеристика является вспомогательной и используется совместно с характеристиками холостого хода и короткого замыкания

Рисунок 7.18 – Характеристики короткого замыкания СГ: 1 однофазное; 2 – двухфазное; 3 - трехфазное

для определения индуктивных сопротивлений машин.

Характеристика трехфазного короткого замыкания (х.к.з.) - является одной из важнейших характеристик СГ и определяет зависимость тока якоря от тока возбуждения при симметричном коротком замыкании на выводах якоря при номинальной частоте вращения.

Она снимается при закороченной амперметрами обмотке якоря при постепенном повышении от нуля до такого значения, при котором ток статора . Эта характеристика линейна (рисунок 7.18) так как при малом токе возбуждения магнитная цепь СГ ненасыщена, кроме того она зависит от характера к.з – одно-, двух или трехфазного.

По характеру ток короткого замыкания является индуктивным, так как определяется, в основном, синхронным индуктивным сопротивлением , которое значительно больше активного сопротивления якоря . Поскольку напряжение U при к.з. равно нулю, то величина определяется по соотношению

, (7.34)

где - ЭДС, соответствующая току возбуждения (см. рисунок 7.16) и определяемая по спрямленной характеристике холостого хода.

В относительных единицах ток короткого замыкания обратно пропорционален сопротивлению X_d, поэтому по х.к.з. и х.х.х. опытным путем можно определить величину X_d.

Весьма важное значение имеет характеристика СГ, называемая отношением короткого замыкания (ОКЗ). Это величина, равная отношению тока короткого замыкания , снятому при токе возбуждения , который в режиме холостого хода дает номинальное напряжение , к номинальному току статора, т.е.

(7.35)

Поскольку , то и в относительных единицах равно

, (7.36)

или для явнополюсных генераторов

. (7.37)

Соотношения (7.36) и (7.37) справедливы для ненасыщенных машин.

Если ОКЗ определяют по насыщенной характеристике холостого хода, то .

Отношение короткого замыкания, так же как и величины или , определяет перегрузочную способность СМ. Чем больше ОКЗ (чем больше воздушный зазор), тем меньше концентрация энергии поля в зазоре, тем больше предельная нагрузка. Однако, в этом случае машина имеет большие габариты и более высокую стоимость.

У турбогенераторов ОКЗ=0,4…1,0, у гидрогенераторов 0,8…1,8. У судовых дизельгенераторов ОКЗ=0,6…0,8